Le véhicule électrique s’annonce comme la mutation inévitable du secteur automobile. Si les ventes n’ont pas encore « décollé », leur progression en France et dans le monde est très supérieure à la normale, et ce depuis plus de 4 ans. De leur côté, les pouvoirs publics multiplient les plans d’aide et de soutien, voyant dans cette nouvelle forme de mobilité un moyen de dépolluer l’air des grandes métropoles, ainsi qu’un nouveau levier pour la transition énergétique.
Une Renault Zoé devant une éolienne – Crédit photo : Renault
Gérées intelligemment, les infrastructures de recharge liées aux véhicules électriques constituent en effet une brique fondamentale en devenir des Smart Grids. Véritables « batteries sur roues », les véhicules électriques (VE) constituent des moyens de stockage mobiles, dont le pilotage pourrait permettre une meilleure intégration des énergies renouvelables et une meilleure conduite des réseaux électriques.
Alors que le développement des véhicules électriques a longtemps été perçu comme un facteur de rebond de la consommation électrique, il est désormais largement admis que les capacités de stockage des VE pourraient, au contraire, constituer une opportunité pour le système électrique dans son ensemble.
De la recharge intelligente au concept de vehicule-to-grid, différentes stratégies sont aujourd’hui portées par les acteurs du monde de l’énergie et de l’automobile. Les nombreuses acquisitions dans le domaine des énergéticiens, et notamment les grands groupes pétroliers, en témoignent largement. Symétriquement, les constructeurs automobiles prennent pied dans le domaine de l’énergie et se pensent désormais comme des acteurs des Smart Grids à part entière.
Le marché du véhicule électrique
En 2018, on estime le nombre de véhicules électriques immatriculés en France à environ 140 000, en comptant les véhicules hybrides rechargeables (source EAFO). Si cela ne représente encore qu’une fraction des 22 millions de véhicules en circulation dans l’hexagone, les ventes ne cessent de progresser et représentaient en 2017 environ 1,5% des 2,2 millions de véhicules vendus en France.
Dans son bilan prévisionnel 2017, RTE estime au travers de ses scénarios, « Ampère », « Hertz », « Volt » et « Watt », qu’à l’horizon 2035, il aura entre 5 et 15 millions de véhicules électriques en France. Ce qui représente approximativement entre 200 et 600 TWh de capacité de stockage totale. La mise à profit d’une fraction de ce parc représenterait ainsi un axe de développement majeur de la flexibilité en France, au moins du même ordre de ce qui a été mis en place dans le passé avec les ballons d’eau chaude sanitaire.
Mais l’enjeu de la mobilité électrique dépasse les frontières françaises, avec un prisme chinois de plus en plus prégnant. Au niveau mondial, Les ventes de voitures 100% électriques ou hybrides rechargeables ont atteint 1,1 million d’unités en 2017, dont 52% rien qu’en Chine (source AIE). Au total, le parc mondial de véhicules électrifiés en circulation atteignait à la même époque 3,1 millions d’unités, avec une progression de plus de 54% en un an. A elle seule, la Chine représente 1,2 millions de véhicules, et sa part devrait s’accroître encore davantage, vu la vivacité de son marché interne.
Perspectives à l’horizon 2030 selon la CRE
Dans son travail de prospective rendu public récemment, la CRE a entrepris d’évaluer l’évolution de la consommation électrique des véhicules électriques et leur part dans la consommation électrique finale.
« S’il existe encore une incertitude sur le rythme et la rapidité du déploiement de la mobilité électrique dans les années à venir, un consensus existe aujourd’hui sur son développement massif à moyen terme sur le segment des véhicules légers et des bus (~40 millions de VE/VHR a minima à l’échelle mondiale en 2025) ; à l’échelle française, un scénario avec plusieurs millions de véhicules électriques à horizon 2030 paraît aujourd’hui hautement probable. »
« De telles perspectives, encore jugées improbables il y a quelques années, sont confortées par les statistiques récentes […] et d’autre part et surtout par les investissements massifs déjà réalisés ou annoncés par les plus grands constructeurs automobiles mondiaux. »
« Ces investissements, stimulés par un cadre régulatoire et politique favorable partout dans le monde, sont le moteur des perspectives de décroissance des coûts des batteries (cf monographie stockage d’électricité). »
« Si le développement important de la mobilité électrique sur le segment des bus est aussi anticipé à court terme (et est déjà une réalité dans certains pays comme la Chine) avec des perspectives de plusieurs dizaines de milliers de bus électriques en circulation en Europe à horizon 2030, son essor à un niveau significatif sur les autres segments poids lourds est plus incertain et probablement plus lointain (post 2030), malgré les développements récemment annoncés par quelques constructeurs comme TESLA. »
« Enfin, quel que soit le rythme de développement de la mobilité électrique, les quantités d’énergie en jeu resteront limitées à moyen terme. »
« Un parc de 1 million de VE/VHR (véhicules légers) représente ~2,2 TWh de consommation finale électrique : un scénario à ~15 millions de véhicules électriques à horizon 20 ans (scénario le plus ambitieux du BP RTE 2017) représenterait ainsi seulement 33 TWh de consommation, soit ~7% de la consommation actuelle d’électricité. »
Quelles infrastructures de recharge pour quels usages ?
Afin de véritablement accompagner l’essor du véhicule électrique, il est toutefois nécessaire de rassurer les utilisateurs quant à leur capacité à se recharger, et ce, en toute circonstance : lors de leurs trajets quotidiens et lors de trajets occasionnels de moyenne et longue distance. Cette capacité de recharge reposera nécessairement sur une infrastructure de recharge publique, majoritairement située sur les principaux axes routiers, et privée, à domicile et au travail.
Selon le « Livre vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour les véhicules décarbonés » publié en 2011 et mis à jour en 2014 par le Ministère de l’Industrie, la recharge publique représenterait environ 20% des besoins, contre 40% pour la recharge semi-publique (habitat collectif et entreprise) et 40% pour la recharge à domicile.
Dans tous les cas, une infrastructure de recharge adaptée sera nécessaire aux usagers afin de retrouver l’autonomie nécessaire à la poursuite de leur voyage ou la réalisation de leurs déplacements à venir.
Un supercharger Tesla – Crédit photo : Chase Lewis en CC
Si pour le maillon privé et semi-public, il est attendu que les puissances de recharge soient relativement limitées, de 3 à 20 kW par borne, le maillon public voit déjà émerger des projets de très fortes puissances, jusqu’à 350 kW, pour de la recharge dite ultra-rapide. Des puissances de raccordement de très grande dimension sont alors en jeu, généralement supérieure au MW. Mais la part de ce type d’infrastructures, aussi spectaculaires soient elles, ne devrait représenter qu’une faible partie de l’infrastructure globale.
En termes de flexibilité, plus une infrastructure est puissante, plus elle répond à un besoin urgent des utilisateurs. C’est pourquoi, si la puissance d’une recharge dépasse les 50 kW, ce que l’on appelle recharge rapide, on peut considérer que le besoin de recharge de l’utilisateur ne pourra pas être décalé dans le temps, ou tout du moins de manière très marginale. C’est également le cas pour les recharges ultra-rapides dont la puissance est supérieure à 100 kW et peut attendre jusqu’à 350 kW. La flexibilité pour le réseau électrique repose ainsi principalement sur l’infrastructure privée et semi-privée.
Le concept de recharge intelligente et de « vehicle-to-grid »
Les véhicules électriques sont principalement utilisés pour effectuer des trajets pendulaires à heures fixes et sont stationnés l’essentiel de la journée, environ 23 heures par jour en moyenne. Grâce à cette disponibilité abondante, il serait possible de contribuer à l’équilibre des réseaux d’énergie.
Le développement actuel du véhicule électrique augure, comme vu précédemment, la création d’ici 10 ans d’un parc d’éléments actifs nouveaux. Au travers d’un pilotage à distance prenant en compte différentes contraintes système, il deviendra alors possible de résoudre certaines situations de déséquilibre entre production et consommation.
Si l’on rentre un peu plus dans le détail, on peut résumer la recharge intelligente en deux niveaux d’action. Le premier consiste à charger les batteries pendant les heures creuses grâce à un signal tarifaire ou informatique, comme cela se pratique déjà avec les ballons d’eau chaude sanitaire. Grâce à ce décalage de la recharge, on pourra par conséquent déplacer des consommations d’énergie ayant lieu à un instant ou les contraintes réseaux sont fortes, pour y préférer un moment où la disponibilité est plus abondante. Il est également possible avec les technologies modernes de réaliser cette fonction sans dénaturer l’expérience utilisateur grâce à des applications spécifiques ou des algorithmes d’intelligence artificielle en mesure d’estimer leurs besoins à venir.
Un deuxième niveau, plus évolué, consisterait à réinjecter dans le réseau une partie de l’énergie stockée dans les batteries des véhicules lors des périodes de pointe. On appelle cela le vehicule-to-grid. Grâce à cet apport énergétique nouveau, le système pourrait ainsi minimiser encore davantage le recours aux énergies d’appoint, très chères et souvent très polluantes (charbon, gaz, …). Ce niveau d’interaction nécessite cependant une infrastructure bidirectionnelle et communicante.
Ces deux mécanismes ne sont pas incompatibles, mais au contraire complémentaires. Si le premier est, à condition d’être réalisé intelligemment, neutre pour l’utilisateur, certains constructeurs émettent des réserves quant à la mise en œuvre effective du vehicule-to-grid. Il pourrait en effet être coûteux pour le consommateur, qui voit le nombre de cycles de charge de la batterie de son véhicule mis à contribution. Si cet usage est trop fréquent, il pourrait alors déclencher la nécessité d’un renouvellement anticipé de sa batterie, ce qui est une opération onéreuse, généralement de l’ordre d’un tiers du prix d’acquisition du véhicule.
Le 23 mars, l’association des distributeurs européens, EDSO, a publié une étude mettant en avant les bénéfices de la recharge intelligente, ou smart charging, pour les réseaux de distribution afin de répondre aux défis de l’électromobilité. L’utilisation du smart charging permettrait aux distributeurs d’optimiser la gestion des congestions locales mais aussi de réduire les coûts en évitant les travaux onéreux de renforcement du réseau. Une évolution des tarifs de réseaux vers une tarification intelligente ou à travers le recours à des contrats variables semble également nécessaire. Le développement des véhicules électriques requiert aussi de nombreux investissements dans de nouveaux instruments et méthodes pour assurer une gestion optimale du réseau de distribution.
Selon EDSO, l’interopérabilité des données, le rôle des consommateurs et l’optimisation des bornes de recharges rapides seront également des éléments clés à prendre en considération pour assurer un haut degré de cohérence entre déploiement de l’électromobilité et besoins d’adaptation du réseau.
Les démonstrateurs Smart Grid français intègrent l’enjeu de la recharge électrique
En France, le développement de la mobilité électrique est une thématique traitée par de nombreux acteurs publics et privés. L’émergence du sujet des smart grids a récemment contribué à intensifier cette dynamique. En tant que premier pays d’Europe en termes d’investissements dans des projets de démonstration dans les smart grids, la France a pour ambition de devenir l’un des leaders mondiaux du sujet. La mobilité électrique, enjeu clé des smart grids, fait donc naturellement l’objet d’efforts soutenus en termes de recherche et développement.
Un démonstrateur de recharge du véhicule électrique – Crédit photo : Renault
Le savoir-faire français s’est également illustré dans la mise en œuvre pratique de technologies de stockage dans des projets de démonstration. Le tableau ci-dessous en propose une synthèse non-exhaustive.
| Démonstrateurs | Lieu | Spécificité | Pilote |
| Smile | Bretagne & Pays-de-la-Loire | Déploiement à grande échelle | Régions Bretagne & Pays-de-la-Loire |
| FlexGrid | Paca | Déploiement à grande échelle | Région Paca |
| You&Grid | Hauts-de-France | Déploiement à grande échelle | Région Hauts-de-France |
| BienVEnu | Ile-de-France | Recharge dans le résidentiel collectif | Enedis |
| SoMel SoConnected | Lille | Optimisation de la recharge | Métropole de Lille |
| Interflex | Nice | Optimisation de la recharge | Enedis |
| SMAP | Loire | Intégration de la mobilité électrique en milieu rural | Enedis |
| InfinyDrive | Ile-de-France et Nantes | Intégration du véhicule électrique dans des flottes professionnelles | La Poste |
| Crome | Alsace et Bade Würtemberg | Recharge public transfrontalière | Engie-Ineo |
| Greenlys | Optimisation de la recharge | Enedis | |
| Issy Grid | Issy-les-Moulineaux | Intégration de véhicules dans le secteur tertiaire | Bouygues Energies & Services |
| Lyon Smart Community | Lyon | Intégration de véhicules électrique dans une offre de mobilité à la demande | Toshiba |
| Eguise | Rennes | Recharge par Induction | DBT |
Plus d’information sur ces démonstrateurs sur la cartographie interactive des démonstrateurs de Think Smartgrids.
Les constructeurs automobiles abordent le marché de l’électricité
Tous les constructeurs automobiles – ou presque – s’intéressent au marché de l’électricité et du stockage d’énergie domestique. Ils en attendent un nouveau débouché, notamment pour leurs technologies de batteries. Certains commercialisent déjà des unités de stockage pour les maisons équipées des panneaux solaires. Le recharge intelligente fait également partie de leurs sujets d’intérêt.
C’est le cas de Renault qui a annoncé une prise de participation de 25% dans Jedlix, une start-up néerlandaise issue du groupe Eneco et dédiée à la recharge intelligente des véhicules électriques. Première réalisation issue du partenariat avec Jedlix, Renault lance Z.E. Smart Charge, une nouvelle application smartphone de recharge intelligente. Z.E. Smart Charge sera déployée en Europe en 2018. Soucieuse « se positionner sur le secteur de l’énergie et des smart grids, élément clé de la mobilité électrique », Renault a créé une filiale : Renault Energy Services, qui a pour vocation « d’investir dans des projets autour des réseaux électriques intelligents, ou smart grids, en créant des liens privilégiés avec les différents acteurs de l’énergie ».
Nissan, le constructeur de la voiture électrique la plus vendue au monde, la Nissan Leaf, a construit une véritable stratégie énergétique en complément de son offre automobile traditionnelle. Inventeur du concept de Smart Street, qui imagine un futur ou les véhicules électriques et autonomes se rechargeraient tout seuls la nuit, tout en faisant bénéficier de leur capacité de stockage au réseau. Le constructeur nippon avait également fait parler de lui lors de l’annonce de son offre de batteries résidentielles baptisée xStorage.
Audi mène par ailleurs un projet pilote avec la start-up suisse Ampard. Au travers d’un « Smart energy network », il s’agit de combiner différentes tailles de systèmes photovoltaïques avec des accumulateurs stationnaires. Le logiciel créé par Ampard permet de créer des « centrales électriques virtuelles », permettant une gestion intelligente du réseau ainsi créé en fonction de l’offre et de la demande d’énergie, en temps réel mais aussi de manière prédictive. Une caractéristique unique du projet pilote est qu’il interagit avec le réseau électrique. Sur une interface de communication intégrée, tous les systèmes sont interconnectés pour former une centrale électrique virtuelle et constituer un réseau intelligent.
Les dispositifs connectés de stockage domestique peuvent fournir ce que l’on appelle la puissance d’équilibrage. En d’autres termes, ils compensent les fluctuations entre la production d’énergie et la consommation, et stabilisent la fréquence du réseau en stockant temporairement de plus petites quantités d’énergie dans des unités stationnaires de court terme. Cela optimise la consommation interne : les opérateurs de systèmes photovoltaïques augmentent leur consommation d’énergie solaire propre tout en réduisant leurs coûts d’approvisionnement en électricité.
Tesla, entreprise souvent citée comme un modèle d’innovation, n’est pas en reste vis-à-vis de son positionnement à la frontière du monde de l’énergie. Dès 2016, l’acquisition stratégique du groupe de la startup spécialiste du photovoltaïque SolarCity avait montré sa vision globale de la mobilité, alliant moyens de production, stockage et véhicule électrique. L’annonce de ces non moins célèbres batteries domestiques, les « PowerWall », avait également permis d’apercevoir la mise en œuvre de la stratégie énergétique de l’entreprise, qui s’illustre par ailleurs également dans la mise en place de stockage de grande dimension en contexte insulaire, comme récemment à Hawaï.
Honda, pour sa part, participe au projet Smile auquel il fournira plusieurs unités Power Manager.
Les Energéticiens investissent dans la recharge du véhicule électrique
Les énergéticiens investissent désormais dans la mobilité verte. Ils participent, par des offres adaptées et avantageuses, au développement du parc de véhicules électriques.
C’est le cas de EDF, qui propose ainsi une offre de courant d’origine renouvelable, 40 % moins cher, pour la recharge des véhicules électriques et hybrides la nuit ou le week-end. Contractuellement, les tarifs (abonnements et prix du kilowattheure) sont fixés pour une durée de trois ans et s’appliquent également à tous les autres usages électriques de la maison, précise l’opérateur. Cette offre permet également aux automobilistes d’avoir accès aux 50 000 bornes de recharge en France et en Europe au travers de la solution fournie par sa filiale Sodetrel.
Engie propose pour sa part une offre d’électricité verte spéciale voitures électriques, avec un prix du kilowattheure réduit de 50 % aux heures creuses.
De nombreuses acquisitions témoignent également de l’intérêt croissant des énergéticiens au sens large pour la recharge du véhicule électrique.
La société nationale italienne d’électricité Enel a notamment annoncé l’acquisition (via sa filiale américaine EnerNOC) de la société californienne eMotorWerks, l’un des principaux fournisseurs nord-américains de stations de recharge pour véhicules électriques (EV). La plate-forme de gestion intelligente JuiceNet mise au point par eMotorWerks permet aux utilisateurs de programmer à distance les heures de recharge de leurs VE, pour des motifs de prix ou pour des motifs écologiques (en consommant, par exemple, l’électricité produite par les systèmes de toitures solaires domestiques lorsque celle-ci est la plus abondante). JuiceNet permet, en outre, aux VE, aux stations de charge V2G (du véhicule au réseau) et à d’autres installations de stockage de répondre aux signaux du réseau, en agrégeant les activités de charge et de décharge afin d’équilibrer les flux d’électricité dans le réseau en cas de besoin. Ces services d’équilibrage peuvent fournir des sources de revenus supplémentaires aux propriétaires de VE.
Une prise de véhicule électrique – Crédit photo : Renault
eMotorWerks (basée à San Carlos, Californie) emploie actuellement 55 personnes et figure au 17e rang des sociétés à la croissance la plus rapide dans la Silicon Valley et au 19e rang des sociétés d’énergie à la croissance la plus rapide aux États-Unis. Jusqu’à présent, eMotorWerks a déployé plus de 25 000 stations de recharge. L’acquisition d’eMotorWerks marque l’entrée d’Enel sur le marché américain de la mobilité électrique.
La compagnie pétrolière anglo-néerlandaise Shell a annoncé, pour sa part, l’acquisition en octobre 2017 de la société hollandaise NewMotion, l’un des plus importants acteurs européens des solutions de recharge pour véhicules électriques, avec 30 000 points de recharge pour les particuliers et les entreprises, répartis aux Pays-Bas, en Allemagne, en France et au Royaume-Uni. L’entreprise donne également accès à un réseau de plus de 50 000 bornes de recharges publiques à travers 25 pays en Europe pour les 100 000 utilisateurs de son offre de carte de recharge. NewMotion poursuivra ses activités en tant que filiale de Shell.
Cette acquisition complète, selon la direction de Shell, « notre offre de bornes de recharges électriques rapides, en cours de lancement dans les stations Shell ». Elle constitue « un premier pas vers notre objectif : permettre à nos clients d’accéder à un panel varié de solutions énergétiques au cours des prochaines décennies ».
Shell a également pris au deuxième trimestre 2018 une participation majoritaire dans la société GI Energy, spécialiste des Microgrids. GI Energy construit des micro-réseaux et des systèmes énergétiques sur des sites commerciaux, industriels et éducatifs. Il s’agit du sixième investissement depuis 2017 de Shell dans des sociétés qui opèrent à la périphérie des réseaux ». Via New Energies et Technology Ventures, Shell a notamment investi dans Husk, un développeur de Microgrids, et NewMotion, un réseau de recharge de véhicules électriques.
L’opérateur de réseau de recharge de véhicules électriques ChargePoint a acquis le spécialiste californien Kisensum de la gestion de flotte et d’énergie : la plateforme mise au point par Kisensum intègre et optimise production d’ENR, stockage et charge de VE.
Le britannique BP a fait l’acquisition de Chargemaster, numéro un de recharge de VE au Royaume-Uni Chargemaster opère le réseau Polar utilisé par 40 000 clients, avec de plus de 6 500 bornes de recharge pour véhicules électriques au Royaume-Uni. BP Chargemaster va déployer une infrastructure de charge ultra-rapide, comprenant des chargeurs de 150 kW capables de fournir une autonomie de près de 160 km en seulement 10 minutes. (Via son fonds BP Ventures, le groupe britannique avait investi il y a quelques mois 5 millions de dollars dans FreeWire, une société californienne spécialiste des solutions de recharge mobile pour véhicules électriques).
La Blockchain au service de la recharge de la mobilité électrique
De par sa nature distribuée, l’infrastructure de recharge du véhicule électrique propose un cas d’usage particulièrement intéressant pour l’emploi de la technologie Blockchain. Au travers d’un registre distribué, il est ainsi possible de valider une opération de recharge et d’en assurer les transaction sous-jacentes sans recourt à un système centralisé. En l’absence de tiers de confiance, les échanges monétaires et énergétiques disposent alors de la sécurité intrinsèque à la technologie Blockchain, réputée inviolable et infalsifiable.
C’est ce que le programme Oslo2Rome, coordonné par la société allemande MotionWerk avec sept partenaires européens parmi lesquels la société française Sodetrel, s’est employé à mettre en œuvre. La faisabilité technique a ainsi été prouvée en novembre 2017 au travers d’un road trip franco-allemand intégralement mis en œuvre par l’intermédiaire d’une technologie Blockchain. Il convient à présent aux acteurs concernés d’en évaluer les opportunités d’un passage à l’échelle.
En France, les sociétés Clem’, Evolution Energies et Dotvision ont également annoncé la mise en œuvre d’une technologies Blockchain dans le cadre d’un service de véhicules électriques en libre services. Les structures entendent ainsi mettre en œuvre la 1ère blockchain verte pour les services d’éco mobilité des smart cities.
La Blockchain appliquée à l’énergie, c’est le domaine dans lequel se développe Bovlabs, une société indo-américaine fondée en 2017 qui vient de s’installer à Aix-en-Provence dans le cadre du programme d’accélération de thecamp, un « camp de base » dédié à l’innovation en Région PACA. Son objectif ? Commercialiser l’énergie en mode peer to peer sur une plateforme sécurisée et avec un coût minimal de transaction. La mobilité électrique est l’un des domaines d’application de Bovlabs : la société souhaite constituer un écosystème réunissant d’un côté des propriétaires d’infrastructures de charge, et de l’autre, des gestionnaires de réseaux décentralisés désireux de vendre leurs excédents d’énergie. Les transactions seront réalisées via un système de jetons digitaux.
ITEMS International pour Think Smartgrids
Sources
European Alternative Fuel Observatory (EAFO)
Global EV Outlook 2018 – AIE
Bilan prévisionnel, édition 2017 – Rte
Position Paper on Electric Vehicles Charging Infrastructure – EDSO